DISINFETTARE 
L' ACQUA


  • Nelle acque di falda, pozzo, di sorgente e superficiali ( laghi, fiumi, bacini ) utilizzate a scopo potabile, la flora microbica costituisce una presenza costante, causata dalla dispersione di acque di scarico non adeguatamente depurate, di scarichi puntuali, di rifiuti animali, di pesticidi e quant'altro, ed hanno tutte la necessità di essere trattate adeguatamente per rispondere ai requisiti di potabilità.

    Una parte di questi microrganismi rimane disciolta in acqua e viene trasportata lungo le conduttore fino ai rubinetti, alle docce ed a qualsiasi altro utilizzatore e viene assorbita dall'uomo mediante ingestione diretta ( bere, lavaggio dei denti, ecc ) e mediante contatto con la pelle ( per ogni ora di contatto con l'acqua, ad esempio durante un bagno in vasca, il nostro corpo assorbe circa mezzo litro di acqua ).
    La restante parte dei microrganismi tende a depositarsi sulle pareti dei serbatoi e delle tubazioni, andando a far parte del cosiddetto biofilm.

    Il biofilm si trova un po’ ovunque in natura: ne sono esempio la placca dentale, lo strato melmoso sulla roccia bagnata da un ruscello, la pellicola che si forma sotto gli scafi delle barche ormeggiate, la mucillagine che compare in un vaso da fiori, lo strato di batteri demolitori della cellulosa che si formano sui foraggi dopo che vacche o altri ruminanti lo hanno ingerito.
    Il biofilm consente la sopravvivenza e la proliferazione dei microrganismi presenti in acqua; è una sostanza ricca di nutrienti ed ha un effetto protettivo sui microrganismi nei confronti dei disinfettanti utilizzati durante la potabilizzazione; si forma anche sulle superfici che sono in contatto con l'acqua, come le condotte, i serbatoi di acqua e le tubazioni e si manifesta principalmente in corrispondenza dei tratti della rete dove è presente una ridotta velocità di flusso dell’acqua ( diramazioni, curve, raccordi, valvole) o dove si stabiliscono condizioni di potenziale ristagno ( bracci morti, tubi delle utenze private, rubinetti, soffioni, guarnizioni, raccordi e rompigetto, apparecchi per il trattamento domestico dell’acqua ).

    In condizioni di dinamicità del sistema, i biofilm si distaccano dal substrato e, trasportati dall’acqua, giungono ai rubinetti, aumentando, di conseguenza, la carica microbica presente in acqua.

    I disinfettanti vengono impiegati, infatti, per la disinfezione di acque:
    • Provenienti da pozzi o sorgenti
    • Di processo industriale
    • Di piscine
    • Di raffreddamento
    • Reflue



    MECCANISMO DI DISINFEZIONE
    Molteplici tipi di disinfettanti e di sistemi di disinfezione sono in uso nell’industria per il trattamento dell’acqua, ciascuno dei quali presenta vantaggi e svantaggi, rendendo in tal modo nessun sistema ideale per tutte le circostanze.

    Tra le specie chimiche con proprietà disinfettanti impiegate in Italia negli impianti di potabilizzazione, in ordine di utilizzo decrescente figurano: l’ipoclorito di sodio (ca. 61%), il biossido di cloro (ca. 33%), l’ozono (ca. 3%), i raggi ultravioletti (ca. 3%), il cloro gassoso (ca. 2%) e l’ipoclorito di calcio (ca. 1%).
    Ancora oggi il disinfettante d'uso più comune è, quindi, il cloro che, a differenza di altri disinfettanti più volatili ( ad esempio l’ozono ), si mantiene come Cloro Libero Attivo nell’acqua, assicurando protezione contro la ricrescita batterica durante la distribuzione in rete e la possibile contaminazione dell’acqua dopo il trattamento di potabilizzazione.

    L’azione del cloro sui microrganismi è riconducibile all’alterazione della loro permeabilità cellulare ed ai danni che produce a livello degli acidi nucleici e degli enzimi cellulari; una volta aggiunto cloro all’acqua, infatti, avvengono delle reazioni chimiche che portano alla creazione di sottoprodotti del cloro che attaccano, a livello molecolare, gli organismi patogeni presenti in acqua ( virus e batteri ), altre sostanze organiche ( microrganismi ) ed inorganiche ( composti contenenti ferro, manganese ed ammoniaca ).
    Molti batteri, anche patogeni, vengono inattivati completamente e rapidamente in presenza di cloro alla concentrazione normalmente impiegata per il trattamento dell’acqua potabile.

    La disinfezione ( tecnicamente definita ossidazione ) di tutti i microrganismi comporta un consumo di cloro che, quindi, deve essere aggiunto fintanto che non sia stata ossidata tutta la materia presente in acqua.
    Successivamente viene aggiunta un’ulteriore piccola quantità di cloro, nell’ordine di 0,2 mg/l, che rimane “di guardia” per possibili future contaminazioni e che prende il nome di "Cloro Libero Attivo" e la cui presenza assicura protezione contro la ricrescita batterica durante la distribuzione ed evita la formazione del biofilm.
    Il cloro rappresenta, pertanto, il metodo più efficace ed economico per disinfettare l’acqua proveniente da un pozzo oppure da una sorgente, sia essa a servizio di un grande acquedotto oppure di una piccola utenza domestica.


    INFLUENZA DEL pH
    L’efficacia dell’azione disinfettante del cloro è influenzata dal pH dell’acqua:
    • Con pH acidi il cloro si dissocia formando acido ipocloroso, una sostanza ad altro potere ossidante.
    • Con pH alcalino il cloro si dissocia formando ione ipoclorito, una sostanza con un basso potere ossidante; pertanto, all'aumentare del pH, sarà necessario un quantitativo maggiore di cloro per uccidere la stessa quantità di microrganismi.

    Vista la stretta correlazione tra pH e valore di Cloro Libero Attivo, abbiamo ideato sistemi Cloro Libero Calcolato e Cloro Libero Amperometrico capaci di misurare direttamente il valore di Cloro Libero Attivo e di compensare automaticamente la variazione del pH e della temperatura..


    INFLUENZA DELLA MATERIA INQUINANTE
  • Anche la quantità di materia organica ed inorganica presente in acqua influenza il valore del Cloro Libero Attivo; se l'acqua contiene poche impurità ( microrganismi, materia organica, ferro, rame e manganese ), sarà sufficiente una quantità relativamente modesta di cloro per raggiungere un elevato valore di Cloro Libero Attivo.
    Al contrario, se l'inquinamento dell'acqua aumenta senza un corrispondente aumento della quantità di disinfettante, il valore di Cloro Libero Attivo si abbasserà, poiché tutto il disinfettante verrà utilizzato per disinfettare parte della materia presente in acqua, con la conseguenza che il sistema dovrà aggiungere un ulteriore quantità di cloro al fine di ottenere il Cloro Libero Attivo desiderato ( 0,2 mg/l ).
    Questa dipendenza tra materia da ossidare e Cloro Libero Attivo, ci permette di stabilire che, a parità di pH, al diminuire del valore di Cloro Libero Attivo corrisponde un'aumento della contaminazione dell'acqua e, quindi, la necessità di aggiungere disinfettante per ristabilire il valore di Cloro Libero Attivo desiderato.
    I nostri sistemi di misurazione e dosaggio permettono di automatizzare completamente questo processo, garantendo la potabilità dell'acqua.


  • SISTEMI DI DISINFEZIONE


    Stazioni di Dosaggio Cloro Ipoclorito
    Sistemi cloro calcolato LDpHRhC
    Sistemi cloro amperometrico LDsCL, LDCL
    Sistemi Redox (ORP ) LDsRh, LDRh
    Sistemi cloro totale amperometrico LDsCL, LDCL


    FUNZIONAMENTO
    Qualunque sia il sistema prescelto, gli elettrodi di misurazione ( se presenti ) dovranno essere messi in contatto con l’acqua da analizzare: utilizzando un porta elettrodo ad immersione potranno essere inseriti direttamente in un serbatoio di stoccaggio dell’acqua, oppure alloggiati in un porta elettrodo a deflusso installato in by-pass, oppure potranno essere installati in linea direttamente su una tubazione.
    Lo strumento di controllo comanderà l’attivazione di una o più pompe dosatrici, che immetteranno l’ipoclorito direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’acqua oppure, in assenza di esso, in una tubazione.
    Affinché il cloro abbia il tempo di disinfettare l’acqua, dovrà essere garantito un tempo di contatto compatibile con il tipo di organismo patogeno presente in acqua e comunque non inferiore a 30 minuti.
    Gli elettrodi monitoreranno costantemente l’acqua e comanderanno l’aggiunta di cloro fintanto che in acqua non sarà rilevato il quantitativo di cloro libero impostato ( generalmente 0,2 mg/l ).
    Non appena verrà consumata acqua, la nuova acqua addotta nel serbatoio di stoccaggio, carica di organismi patogeni, entrerà in contatto con il cloro libero, verrà disinfettata e, nel contempo, la pompa dosatrice aggiungerà cloro per ripristinare il valore di Cloro Libero Attivo impostato.

    I sistemi di misurazione e regolazione dispongono di uscite mA proporzionali ai valori misurati e sono completamente telecontrollabili bidirezionalmente tramite modem GPRS, porta Ethernet, porta USB e modbus ( PLC ).



PRINCIPIO REDOX ( ORP )
  • Sostanze chimiche come il cloro, il bromo, il perossido di idrogeno, l'acido peracetico e l'ozono hanno la capacità di distruggere le molecole dei contaminanti organici, come batteri ed alghe, presenti in acqua.
  • La capacità che tali disinfettanti hanno di disinfettare l'acqua, viene indicata dal potenziale di ossidoriduzione ( REDOX - ORP ) dell'acqua; tale valore, espresso in millivolts ( mV ), assume valori positivi in presenza di ossidanti ( cloro ) e valori negativi in presenza di sostanze riducenti ( bisolfito di sodio ).

    Nel caso di utilizzo di cloro come disinfettante, il potenziale Redox dell'acqua ha una diretta dipendenza dal pH dell'acqua ed, in misura minore, dalla sua temperatura: all'aumentare del pH, infatti, l'efficacia disinfettante del cloro diminuisce, con la conseguenza che, per disinfettare l'acqua, sarà necessaria una quantità maggiore di cloro, ossia sarà necessario raggiungere un potenziale REDOX maggiore.

    Anche la quantità di materia organica presente in acqua influenza il valore del potenziale REDOX; se l'acqua contiene poche impurità, sarà sufficiente una quantità relativamente modesta di cloro per raggiungere un elevato potenziale REDOX.
    Al contrario, se aumenta l'inquinamento dell'acqua senza un corrispondente aumento del disinfettante, il potenziale REDOX si abbassa, poiché tutto il disinfettante viene utilizzato per disinfettare parte della materia organica presente in acqua.


  • Questa dipendenza tra materia organica da ossidare e potenziale REDOX ci permette di stabilire che ( a parità di pH ) al diminuire del potenziale REDOX corrisponde un aumento della contaminazione dell'acqua e, quindi, la necessità di aggiungere disinfettante per ristabilire il potenziale REDOX.

    La misurazione REDOX viene effettuata attraverso Elettrodi Redox, alloggiati in un porta elettrodo a deflusso, in linea oppure ad immersione. Lo strumento di controllo comanderà l’attivazione di una o più pompe dosatrici, che immetteranno il disinfettante direttamente nel serbatoio di stoccaggio dell’acqua oppure, in assenza di esso, in una tubazione.
    Gli elettrodi monitoreranno costantemente l’acqua e comanderanno l’aggiunta di disinfettante fintanto che in acqua non sarà rilevato il quantitativo di disinfettante impostato.

  • Non appena verrà consumata acqua, la nuova acqua addotta nel serbatoio di stoccaggio, carica di organismi patogeni, entrerà in contatto con l'ossidante, verrà disinfettata e, nel contempo, la pompa dosatrice aggiungerà altro disinfettante per ripristinarne il valore di impostato.


  • COME SI MISURA IL POTENZIALE REDOX ( ORP )
  • La misurazione del potenziale Redox è affidata ad un elettrodo Redox, costituito da da una soluzione tampone interna, da un elettrodo di misurazione, da un elettrodo di riferimento e da una membrana di vetro speciale.
    L'elettrodo di misurazione è realizzato con un metallo nobile, che non interviene nelle reazioni redox che avvengono in soluzione ma assume il potenziale di equilibrio della soluzione stessa.
    Se nella soluzione sono prevalenti le specie ossidanti esse sottraggono elettroni all'elettrodo di misura rendendolo più positivo, se invece prevalgono le specie riducenti esse cedono elettroni all'elettrodo che diventa più negativo.
    Il metallo nobile che si usa è generalmente in oro per misure in campo ossidante ed in platino per misure in campo riducente.

    L'elettrodo di riferimento è un elettrodo il cui potenziale Redox è noto, costante ed indipendente dalle condizioni esterne. Normalmente sono elettrodi costituiti da un metallo ricoperto da un suo sale poco solubile ed immerso in una soluzione contenente l'anione del sale poco solubile.
    Gli elettrodi di riferimento più usati sono:

    • Elettrodo al calomelano Hg/Hg2Cl2/sol KCl: può lavorare senza problemi in soluzioni contenenti solfuri

    • Elettrodo al cloruro d'argento Ag/AgCl/sol KCl: è meno resistente alla polarizzazione rispetto all'elettrodo al calomelano. La temperatura massima di funzionamento è circa 100°C. Non manifesta isteresi apprezzabili al variare della temperatura e per questo è migliore dell'elettrodo al calomelano

    • Elettrodo al Thalamid (tallio cloruro) Hg-Tl/TlCl/sol KCl: è affine a quello al calomelano ma contiene cloruro di tallio (TlCl = thalamid) ed una amalgama di tallio. Può venire usato fino a 135 °C e non manifesta isteresi neanche con notevoli fluttuazioni di temperatura. Questo tipo di riferimento è particolarmente adatto alle applicazioni in soluzioni contenenti solfuri.


    Il contatto elettrico tra elettrodo di riferimento, elettrodo di vetro e campione in misura è garantito dal setto poroso, che può' essere un cilindretto ceramico, un anello di PTFE poroso o altro, ed ha la funzione di permettere il passaggio di un piccolissimo flusso di elettrolita del riferimento verso la soluzione in misura, allo scopo di:

    • Mantenere la continuità elettrica tra elettrodo e soluzione in misura

    • Mantenere pulito il setto poroso stesso impedendo la formazione di incrostazioni sulla sua superficie interna e la precipitazione di sali insolubili dentro i pori

    • Impedire l'ingresso della soluzione in misura nell'elettrodo di riferimento


    Il sale usato per preparare l'elettrolita di riferimento deve avere le seguenti caratteristiche:

    • Deve contenere gli ioni cloruro per essere in equilibrio elettrochimico con il calomelano, il cloruro d'argento o il cloruro di tallio

    • Deve essere ben solubile

    • Deve essere equitrasferente, (anione e catione devono avere la stessa mobilità ionica) per evitare la formazione di un potenziale di diffusione sul setto poroso

    Se la soluzione di KCl non può essere impiegata perché a contatto col campione forma precipitati che ostruiscono il setto poroso, oppure perché reagisce in modo indesiderato con il liquido in esame, si impiega un elettrodo di riferimento a doppia giunzione, comprendente due serbatoi: il primo riempito di una soluzione di KCl, il secondo con una adatta soluzione di contatto, ad esempio una soluzione satura di KNO3.

    Nella rilevazione delle basse concentrazioni di disinfettanti ( ad esempio Cloro ) tipiche delle acque potabili, vengono utilizzati speciali elettrodi ad alta sensibilità, alta linearità e bassa impedenza, che garantiscono una lettura precisa ed affidabile.

  • Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione Redox ( ORP ) visitate la sezione Sistemi Redox.












PRINCIPIO CLORO LIBERO CALCOLATO
La misurazione del Cloro Libero Calcolato sfrutta il principio di misurazione del potenziale di ossidoriduzione ( REDOX - ORP ) dell'acqua, trasformando i mV rilevati in mg/l di Cloro Libero Calcolato.
I sistemi di misura del Cloro Libero Calcolato pongono rimedio alle due maggiori criticità che presenta la misurazione classica del potenziale REDOX: la necessità di individuare il potenziale REDOX specifico per l'acqua da disinfettare e la sua dipendenza dal pH.

La prima criticità è stata risolta effettuando una conversione automatica dei mV del potenziale REDOX dell'acqua in mg/l di Cloro Libero Calcolato: ciò permette di sapere istantaneamente la quantità di cloro libero effettivamente presente in acqua e di impostare il SET POINT, ossia la quantità di Cloro Libero che vorremo trovare in acqua, quantità espressa in mg/l.

La seconda criticità è stata risolta creando un'elettronica specifica in grado di compensare automaticamente la lettura del Cloro Libero Calcolato in base al pH rilevato: l'elettrodo misura i mV del potenziale REDOX rilevato, un secondo elettrodo misura il pH dell'acqua, lo strumento di controllo adatta la lettura REDOX compensando il pH ed, infine, converte il potenziale REDOX in mg/l di Cloro Libero Calcolato, restituendo l'esatta concentrazione di Cloro Libero Calcolato presente in acqua.



Nella rilevazione delle basse concentrazioni di disinfettanti ( ad esempio Cloro ) tipiche delle acque potabili, vengono utilizzati speciali elettrodi ad alta sensibilità, alta linearità e bassa impedenza, che garantiscono una lettura precisa ed affidabile.

Sia l'elettrodo REDOX ( ORP ) per Cloro Calcolato che l'elettrodo pH dovranno essere messi in contatto con l’acqua da analizzare: tramite un porta elettrodo ad immersione potranno essere inseriti direttamente in un serbatoio di stoccaggio dell’acqua, oppure alloggiati in un porta elettrodo a deflusso installato in by-pass, oppure potranno essere installati in linea direttamente su una tubazione.

Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione per Cloro Libero Calcolato visitate la relativa sezione.













PRINCIPIO AMPEROMETRICO

La misura amperometrica rappresenta sicuramente il miglior sistema per quantificare il disinfettante presente in acqua; la misurazione viene effettuate mediante celle di rilevazione costituite da una parte elettronica e da una parte galvanica.
Gli elettrodi contenuti nella parte galvanica analizzano la corrente elettrica generata dalla dissociazione dell'ossidante utilizzato, l'elettronica della celle compensa la lettura in base alla temperatura ed al pH dell'acqua ed invia il segnale elettrico allo strumento di controllo, che fornisce sul display i mg/l di disinfettate presente in acqua.



COS'E' UNA CELLA AMPEROMETRICA
Una cella amperometrica è un sistema elettrochimico in cui l'energia chimica viene trasformata in energia elettrica.
L'elettrodo di misura e quello di riferimento sono racchiusi in una camera contenente un elettrolita e separata dal campione in misura da una membrana semipermeabile alla sostanza ossidante da misurare.

Gli elettrodi sono protetti dal contatto diretto con l'acqua mediante una membrana semipermeabile, che garantisce che venga misurato solo il disinfettante specifico della cella amperometrica, evitando contaminazioni di altre sostanze che potrebbero alterare la misurazione.

Per un'efficace misurazione è fondamentale che il flusso di acqua da analizzare sia costante e nella misura di 30/40 lt/h; per questo motivo le celle amperometriche devono essere alloggiante all'interno di un porta elettrodo a deflusso dotato di sensore di flusso e di regolatore della portata.

Le celle amperometriche sono fortemente influenzate dalla tobidità dell'acqua, dalla presenza di oli, sospensioni organiche e sostanze quali ferro e manganese: la presenza di questi tre fattori porta, infatti, ad un'occlusione della membrana semipermeabile, con la conseguenza di ridurre gli intervalli di manutenzione e calibrazione.
Per ovviare a tale problema sono state create celle amperometriche a tre elettrodi, con meccanismo di autopulizia mediante sfere agitate dal flusso di acqua che rimuovono dagli elettrodi di misurazione gli eventuali depositi.

La misurazione di una cella amperometrica è influenza, inoltre, dalla conducibilità dell'acqua, la cui variazione dovrà essere corretta con successive calibrazioni della cella.



Per un approfondimento relativo ai sistemi di misurazione amperometrici per Cloro Libero visitate la sezione Sistemi Amperometrici per Cloro Libero, oppure, per altri disinfettanti, visitate la sezione Sistemi di Misurazione.